風(fēng)能作為一種清潔能源,日益受到人們的關(guān)注,相比于陸地風(fēng)能,海上風(fēng)能具有風(fēng)速風(fēng)向穩(wěn)定、湍流強度低、地面摩阻小等特點。海上風(fēng)力發(fā)電塔架結(jié)構(gòu)作為海上風(fēng)能開發(fā)的載體,確保該結(jié)構(gòu)在不同荷載工況下安全穩(wěn)定的工作是我們研究的重要內(nèi)容。海上風(fēng)力發(fā)電塔架具有高度高、柔度大等特點,在風(fēng)、波浪及地震作用下極易發(fā)生振動及變形,造成結(jié)構(gòu)疲勞、損傷甚至倒塌破壞,研究其在環(huán)境荷載下的動力響應(yīng)、倒塌破壞規(guī)律,并通過減振裝置對結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)進行控制,減緩結(jié)構(gòu)的疲勞損傷,延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。本文依托實際工程,通過有限元軟件對3.6MW海上風(fēng)力發(fā)電塔架結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)及倒塌規(guī)律進行研究,并利用減振裝置對該結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)進行控制,主要完成了以下幾個方面的內(nèi)容:(1)根據(jù)海上風(fēng)力發(fā)電塔架的結(jié)構(gòu)特點及所處環(huán)境特點,運用MATLAB編程實現(xiàn)脈動風(fēng)荷載及隨機波浪荷載的模擬。采用基于三角級數(shù)的諧波疊加法模擬隨機風(fēng)速時程,采用沿高度變化的Kaimal譜模擬脈動風(fēng)速時程,并計算得到脈動風(fēng)荷載時程。運用譜分析法模擬波浪荷載,基于JONSWAP譜通過Morison方程生成波浪荷載。通過對比生成荷載模擬譜及對應(yīng)目標譜,驗證兩種荷載模擬的正確性。(2)運用ABAQUS建立3.6MW海上風(fēng)力發(fā)電塔架模型,通過有限元軟件對結(jié)構(gòu)施加風(fēng)-波荷載,對其在多個風(fēng)速下結(jié)構(gòu)塔筒及葉片動力響應(yīng)進行分析,并對風(fēng)-波浪荷載作用下結(jié)構(gòu)進行易損性分析,獲得海上風(fēng)力發(fā)電塔架結(jié)構(gòu)的臨界倒塌風(fēng)速及不同風(fēng)速下結(jié)構(gòu)的倒塌概率。(3)基于易損性原理對3.6MW海上風(fēng)力發(fā)電塔架進行地震易損性分析,通過Pushover分析,確定結(jié)構(gòu)的倒塌準則,選取FEMA推薦的20條遠場地震波進行動力增量分析,得到20條地震動激勵下不同PGA的倒塌概率,擬合結(jié)構(gòu)地震作用下的易損性曲線。從地震動加速度反應(yīng)譜角度出發(fā),提出評價地震動強度的指標,判斷給定地震動作用下結(jié)構(gòu)是否發(fā)生破壞。(4)研究調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(Mass Tuned Damper簡稱“TMD”)及多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(Multi Mass Tuned Damper簡稱“MTMD”)的減振原理,通過ABAQUS有限元軟件模擬減振裝置,通過海上風(fēng)力發(fā)電塔架結(jié)構(gòu)的塔頂位移、加速度、位移包絡(luò)及葉片尖端的位移幅值等指標對減振效果進行評價,通過對質(zhì)量比、頻率比等參數(shù)進行分析,得到結(jié)構(gòu)的最優(yōu)減振參數(shù),為指導(dǎo)工程實踐提供依據(jù)。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM315;TU311.3
【部分圖文】：

海面粗糙度低、風(fēng)切變小等特點，具有陸地風(fēng)不可比擬的優(yōu)勢，因此風(fēng)電技術(shù)已逡逑經(jīng)由之前的陸上逐漸轉(zhuǎn)移至海上，大力發(fā)展海上風(fēng)電技術(shù)己成為重要的發(fā)展戰(zhàn)略逡逑之一，圖１．１為我國江蘇如東１５０兆瓦海上風(fēng)電示范項目。逡逑�。海�？邋？Ｂｔ，ｔｈａｕ邋？逡逑Ｉｄ：逡逑圖１．１海上風(fēng)力發(fā)電場邐圖１．２歐洲海上風(fēng)力發(fā)電場分布圖逡逑上世紀８０年代至９０年代，歐洲各國開始對海上風(fēng)能進行大范圍的評估，^u逡逑始探究海上風(fēng)能開發(fā)的可行性，初步對相關(guān)技術(shù)開始研究，完成示范工程，而后逡逑進行大批量的商業(yè)化開發(fā)，開啟了海上風(fēng)電的發(fā)展之路。瑞典在２０世紀８０年代逡逑安裝了世界上首臺海上風(fēng)機；丹麥緊隨其后，在波羅的海的Ｖｉｎｄｅｂｙ附近建成世逡逑界上第一個海上風(fēng)電場；２０００年后，歐洲一些國家，如英國、丹麥、荷蘭等開始逡逑大力發(fā)展海上風(fēng)電，歐洲進入了海上風(fēng)電高速發(fā)展時期。２０１３年，于英國肯特海逡逑灣以東２０公里建成海上風(fēng)電場“倫敦矩陣”

２．２．２海上風(fēng)力發(fā)電塔脈動風(fēng)生成逡逑結(jié)合海上風(fēng)力發(fā)電塔架的結(jié)構(gòu)特點，將風(fēng)力發(fā)電機自下至上進行分段處理，逡逑自下而上結(jié)構(gòu)劃分為１３部分，取每段的中心作為結(jié)構(gòu)的參考高度，如圖２．１所逡逑示，分別計算該結(jié)構(gòu)各分段的擋風(fēng)面積，確定各分段體形系數(shù)，如表２．１所示，逡逑通過ＭＡＴＬＡＢ脈動風(fēng)生成程序計算得到風(fēng)荷載時程。３．６ＭＷ海上風(fēng)力發(fā)電塔架逡逑第３、７點及葉片處風(fēng)速時程曲線如圖２．２所示，為驗證該方法的正確性，將結(jié)逡逑構(gòu)對應(yīng)點模擬風(fēng)場的功率譜與目標譜進行了比較，如圖２．２所示。由圖可知，由逡逑于風(fēng)荷載的風(fēng)剪效應(yīng)，風(fēng)荷載隨結(jié)構(gòu)高度的增加逐漸增大，脈動風(fēng)荷載功率譜與逡逑目標譜擬合良好，可以用于后期海上風(fēng)力發(fā)電塔架動力響應(yīng)研究。逡逑Ｈ逡逑，挾＇逡逑ＸＸ邋／邋Ｖ逡逑圖２．１海上風(fēng)力發(fā)電塔架脈動風(fēng)分段示意圖逡逑邐表２．１邋３．６ＭＷ海上風(fēng)力發(fā)電塔架邐逡逑Ｒｅｇｉｏｎ邐中心高度（ｍ）邐質(zhì)量（ｔ）邐擋風(fēng)面積（ｍ２）逡逑１邐－１５邐４９．１２逡逑２邐－５邐４９．１２逡逑３邐２．５邐

２．２．２海上風(fēng)力發(fā)電塔脈動風(fēng)生成逡逑結(jié)合海上風(fēng)力發(fā)電塔架的結(jié)構(gòu)特點，將風(fēng)力發(fā)電機自下至上進行分段處理，逡逑自下而上結(jié)構(gòu)劃分為１３部分，取每段的中心作為結(jié)構(gòu)的參考高度，如圖２．１所逡逑示，分別計算該結(jié)構(gòu)各分段的擋風(fēng)面積，確定各分段體形系數(shù)，如表２．１所示，逡逑通過ＭＡＴＬＡＢ脈動風(fēng)生成程序計算得到風(fēng)荷載時程。３．６ＭＷ海上風(fēng)力發(fā)電塔架逡逑第３、７點及葉片處風(fēng)速時程曲線如圖２．２所示，為驗證該方法的正確性，將結(jié)逡逑構(gòu)對應(yīng)點模擬風(fēng)場的功率譜與目標譜進行了比較，如圖２．２所示。由圖可知，由逡逑于風(fēng)荷載的風(fēng)剪效應(yīng)，風(fēng)荷載隨結(jié)構(gòu)高度的增加逐漸增大，脈動風(fēng)荷載功率譜與逡逑目標譜擬合良好，可以用于后期海上風(fēng)力發(fā)電塔架動力響應(yīng)研究。逡逑Ｈ逡逑，挾＇逡逑ＸＸ邋／邋Ｖ逡逑圖２．１海上風(fēng)力發(fā)電塔架脈動風(fēng)分段示意圖逡逑邐表２．１邋３．６ＭＷ海上風(fēng)力發(fā)電塔架邐逡逑Ｒｅｇｉｏｎ邐中心高度（ｍ）邐質(zhì)量（ｔ）邐擋風(fēng)面積（ｍ２）逡逑１邐－１５邐４９．１２逡逑２邐－５邐４９．１２逡逑３邐２．５邐

【參考文獻】

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本文編號：2820817